2.2.4. Рессорно-пружинные стали (65, 65Г, 60С2ХФА)
Кокорин Н.А.
Краткий справочник материалов, воспринимающих криогенное воздействие.
Ижевск: ООО «НПЦ «КриоТехРесурс», 2021.
2.2.4. Рессорно-пружинные стали
(65, 65Г, 60С2ХФА)
Рессорно-пружинные стали общего назначения должны обладать высоким сопротивлением малым пластическим деформациям и пределом выносливости. А также иметь повышенную релаксационную стойкость. Срок службы деталей, работающих при циклических нагрузках, может быть повышен криогенной обработкой, создающей в поверхностных слоях остаточные напряжения сжатия.
Влияние криогенного упрочнения на циклическую прочность пружин из стали 65 приведено в таблице 16.
Влияние криогенной обработки на циклическую прочность пружин
Таблица 16
|
Марка стали |
Число циклов до разрушения |
Увеличение циклической прочности, % | |
|
без криогенной обработки |
после криогенной обработки | ||
| 65 | 120 000 | 270 000 | 225 |
Рессорно-пружинные стали применяют для изготовления деталей, работающих на износ (дорожная и сельскохозяйственная техника). При испытаниях на абразивный износ установлено повышение износостойкости стали 65Г в результате криогенного упрочнения на 63%. Результаты исследования количества остаточного аустенита и твердости стали 65Г до и после криогенной обработки показаны в таблице 17.
Влияние криогенной обработки на количество остаточного аустенита и твердость стали 65Г
Таблица 17
|
Наименование показателя |
Состояние стали 65Г |
Изменение показателя | |
| до криогенной обработки | после криогенной обработки | ||
| Содержание аустенита, % | 10 | 5 | - 5 |
| Твердость средняя, HRC | 60,5 | 61,0 | 0,5 |
| Разброс твердости, HRC | 3,1 | 1,6 | - 1,5 |
Сталь 60С2ХФА является перспективной для пружин рессорного подвешивания большегрузных вагонов и обладает наилучшим сочетанием технологических и механических свойств. После термической обработки пружинная сталь должна содержать минимальное количество остаточного аустенита, так как он отличается более низким, чем мартенсит, пределом упругости. Его наличие снижает сопротивление умеренным и малым пластическим деформациям изделий.
По этой причине, а также из-за возможности превращения остаточного аустенита в мартенсит при нагружении и особенно при охлаждении до низких температур, сталь, содержащая в структуре аустенит, обладает пониженной релаксационной стойкостью и склонностью к замедленному разрушению, в результате чего происходит преждевременное разрушение пружин даже в условиях статического нагружения.
В связи с этим, чтобы уменьшить количество остаточного аустенита, в процессе термической обработки пружин используют все доступные методы, в частности рационально выбирают условия закалки – температуру и скорость нагрева, а также охлаждения.
Так как в процессе отпуска пружин остаточный аустенит может претерпевать превращение и это ведет к росту предела упругости. Продукты этого превращения характеризуются меньшим сопротивлением малым пластическим деформациям, чем продукты превращения мартенсита, полученные при охлаждении до температуры конца мартенситного превращения (Мк).
Температура конца мартенситного превращения стали 60С2ХФА находится в интервале от минус 50ºС до минус 90ºС в зависимости от содержания в стали углерода, марганца, никеля, хрома и молибдена. Данный интервал температур может быть достигнут охлаждением с использованием оборудования для криогенной обработки после закалки. Результаты влияния криогенной обработки на твердость и коэрцитивную силу стали 60С2ХФА приведены в таблице 18.
Влияние криогенной обработки на твердость и коэрцитивную силу стали 60С2ХФА
Таблица 18
|
Наименование показателя |
Состояние стали 60С2ХФА |
Изменение показателя | |
| до криогенной обработки | после криогенной обработки | ||
| Коэрцитивная сила, А/см | 55 | 56 | 1,0 |
| Твердость средняя, HRC | 47,5 | 49,0 | 1,5 |
| Разброс твердости, HRC | 4,8 | 2,3 | - 2,5 |
